(57)【要約】【課題】  試料が接触させられる薄膜層と誘電体部材との界面に種々の入射角度で入射する光線成分について、反射光の強度変化を表す信号を取得する試料分析用測定装置において、低コストかつ単純な装置構成および負荷の低い測定処理により、入射光の強度変動の影響を取得信号から除去する。【解決手段】  試料分析用測定装置１０において、反射光の検出に不可欠な位置に配された検出器３６上の一部の受光素子を光量モニタ用受光素子３８として使用し、残りの測定用受光素子４０からの信号またはそれらの差分信号を、光量モニタ用受光素子３８からの光量モニタ信号によって除算することにより較正する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に薄膜層が施され該薄膜層の上に試料が接触させられる誘電体部材に対し、該薄膜層と該誘電体部材との界面に、種々の入射角度を有する光線成分からなる光線束を発生させ入射させる光入射系と、
前記界面において互いに異なる反射角度で反射した前記光線成分を個別に受光するように互いに隣接して配された複数の受光素子であって、それぞれ受光した光の強度を表す信号を出力する複数の受光素子を含む検出器と、
前記複数の受光素子の一部をなす光量モニタ用受光素子が受光した光の強度を表す光量モニタ信号により、前記複数の受光素子のうち該光量モニタ用受光素子以外の少なくとも一部をなす測定用受光素子の各々について、該測定用受光素子が受光した光の強度を表す信号を較正した較正信号を導出し出力する較正手段を備えていることを特徴とする試料分析用測定装置。
【請求項２】
前記光線束をなす前記光線成分のうち、前記測定用受光素子の各々が受光する光線成分の前記入射角度に対する、前記較正信号の値の分布から、全反射減衰を受けた光線成分の入射角度を特定する全反射減衰角特定手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の試料分析用装置。
【請求項３】
表面に薄膜層が施され該薄膜層の上に試料が接触させられる誘電体部材に対し、該薄膜層と該誘電体部材との界面に、種々の入射角度を有する光線成分からなる光線束を発生させ入射させる光入射系と、
前記界面において互いに異なる反射角度で反射した前記光線成分を個別に受光するように互いに隣接して配された複数の受光素子であって、それぞれ受光した光の強度を表す信号を出力する複数の受光素子を含む検出器と、
前記複数の受光素子の一部をなす光量モニタ用受光素子が受光した光の強度を表す光量モニタ信号により、前記複数の受光素子のうち該光量モニタ用受光素子以外の少なくとも一部をなす測定用受光素子の各々の隣接する組について、該隣接する組の測定用受光素子が受光した光の強度の差分を表す信号を較正した較正信号を導出し出力する較正手段を備えていることを特徴とする試料分析用測定装置。
【請求項４】
前記光線束をなす前記光線成分のうち、前記測定用受光素子の各々が受光する光線成分の前記入射角度に対する、前記較正信号の値の分布から、全反射減衰を受けた光線成分の入射角度を特定する全反射減衰角特定手段をさらに備えていることを特徴とする請求項３記載の試料分析用装置。
【請求項５】
前記全反射減衰角特定手段が、前記入射角度の変化に対して信号値ゼロを挟んで変化する連続した２つの較正信号の値、および該２つの較正信号の値に対する入射角度から、前記全反射減衰を受けた光線成分の入射角度を特定するものであることを特徴とする請求項４記載の試料分析用装置。
【請求項６】
前記光量モニタ用受光素子として使用する受光素子を、前記複数の受光素子のうちの他の受光素子に変更する手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の試料分析用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料分析用測定装置に関し、特に、試料に接触した薄膜層と誘電体部材との界面で光線を反射させて、反射光の強度に現れる変化を測定して試料の分析を行う測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エバネッセント波を利用した試料分析用測定装置の１つとして、表面プラズモンセンサーが知られている。金属中においては、自由電子が集団的に振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そして、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、表面プラズモンと呼ばれている。表面プラズモンセンサーは、この表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料の特性を分析するものであり、種々のタイプのセンサーが提案されている。そして、それらの中で特によく知られているものとして、Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる（たとえば特許文献１）。
【０００３】
上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは、一般的に、たとえばプリズム状に形成された誘電体部材と、この誘電体部材の一表面に形成されて試料に接触させられる金属膜と、その金属膜と誘電体部材との界面に、全反射条件が得られるように種々の入射角度の光線を発生させ入射させる光入射系と、その界面で全反射した光線の強度を検出する検出器とを備えてなるものである。
【０００４】
このような構成の表面プラズモンセンサーにおいて、光線を金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θＳＰで入射させると、その金属膜に接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント波の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり（表面プラズモン共鳴）、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体部材と金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する全反射減衰という現象が生じる。この光強度の低下は、上記の検出器により暗線として検出される。
【０００５】
上述のように種々の入射角度を得る手法としては、たとえば、種々の入射角度を有する光線成分からなる太い光線束を、上記の界面に収束光状態あるいは発散光状態で入射させる手法が知られている（たとえば特許文献１）。この手法においては、種々の反射角度で反射した各光線成分を、それらすべてを受光できる方向に互いに隣接して配された複数の受光素子を含む、多セル型のラインセンサーや２次元アレイセンサーによって検出し、暗線の検出位置に対応する光線成分の入射角度を、全反射減衰角として特定する。その際、それらの受光素子の、上記の方向に沿って隣接する組について、その組をなす２つの受光素子が受光した光の強度の差分を表す差分信号を導出し、その差分信号に基づいて全反射減衰角を特定する、差分法と呼ばれる手法を用いることが多い。
【０００６】
なお上記の表面プラズモン共鳴は、入射光線がｐ偏光のときにだけ生じる。したがって、光線がｐ偏光で入射するように予め設定しておく必要がある。
【０００７】
この光強度の低下が生じる特定入射角θＳＰ（以後全反射減衰角θＳＰと記載）より表面プラズモンの波数が解ると、試料の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、εｍとεｓをそれぞれ金属膜、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【数１】
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【０００８】
試料の誘電率εｓが分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料の屈折率等が分かるので、結局、全反射減衰角θＳＰを測定することにより、試料の誘電率や屈折率に関連する特性を求めることができる。
【０００９】
また、表面プラズモンセンサーの他にも、エバネッセント波を利用した類似のセンサーとして、たとえば漏洩モードセンサーが知られている（たとえば非特許文献１）。この漏洩モードセンサーは基本的に、たとえばプリズム状に形成された誘電体部材と、この誘電体部材の一表面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料に接触させられる光導波層と、上記のクラッド層と誘電体部材との界面に、全反射条件が得られるように種々の入射角度の光線を発生させ入射させる光入射系と、その界面で全反射した光線の強度を検出する検出器とを備えてなり、その検出器による検出結果に基づいて、導波モードの励起状態を特定し、試料の分析を行うものである。
【００１０】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光線を誘電体部材を通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角度で入射させると、このクラッド層を透過した後の光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、全反射減衰が生じる。そして、導波光の波数は光導波層の上の試料の屈折率に依存するので、全反射減衰角θＳＰを知ることによって、試料の屈折率や、それに関連する試料の特性を分析することができる。
【００１１】
上述した表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーは、創薬研究分野等において、所望のセンシング物質に結合する特定物質を見出すランダムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合には上記の薄膜層（表面プラズモンセンサーの場合は金属膜であり、漏洩モードセンサーの場合はクラッド層および光導波層）上にセンシング物質を固定し、そのセンシング物質上に種々の被検体の溶液（液体試料）を添加し、所定時間が経過するごとに前述の全反射減衰角θＳＰを測定している。液体試料中の被検体が、センシング物質と結合するものであれば、この結合によりセンシング物質の屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定時間経過ごとに全反射減衰角θＳＰを測定し、全反射減衰角θＳＰに変化が生じているか否かを確認することにより、被検体とセンシング物質の結合が行われているか否か、すなわち被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否かを判定することができる。このような特定物質とセンシング物質との組み合わせとしては、たとえば抗原と抗体あるいは抗体と抗体が挙げられる。そのようなものに関する具体的な測定としては、一例として、センシング物質をウサギ抗ヒトＩｇＧ抗体とし、被検体であるヒトＩｇＧ抗体との結合の有無検出とその定量分析を行う測定が挙げられる。
【００１２】
なお、液体試料中の被検体とセンシング物質の結合状態を測定するためには、必ずしも全反射減衰角θＳＰの角度そのものを検出する必要はない。たとえば、センシング物質に被検体が含まれた液体試料について、その後の全反射減衰角θＳＰの角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて結合状態を測定することもできる。
【００１３】
ここで、上記の表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーでは、各光線成分の反射光の強度は、試料による強度の減衰や変調のみならず、光入射系中の光源のパワー変動等による、入射光の強度の変動の影響も受ける。したがって、単に各受光素子が受光した光線成分の強度を表す信号をそのまま分析したのでは、各光線成分の反射光の強度変化が試料による減衰や変調によるものであるのか、入射光の強度変動によるものであるのかを見極めることが困難である。たとえば、上記の表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーにおいて、差分法を用いて全反射減衰角の変化を測定して試料の屈折率等の変化を分析する場合であって、入射角度（反射角度）の変化に対して信号値ゼロを挟んで変化する連続した２つの差分信号の値から、全反射減衰角を特定する場合には、それら２つの差分信号の値の双方が大きくなる変化が観測されたとき、それが入射光の強度が変動して高くなったためであるのか、複数の受光素子を含む検出器の分解能以下の範囲で全反射減衰角が変化したためであるのかを、見極めることは困難である。そこで、各受光素子が受光した光線成分の強度を表す信号から、入射光の強度変動の影響を除去するための工夫を施した装置がいくつか提案されている。
【００１４】
たとえば、非特許文献２には、反射光の検出に２セル型検出器を用い、２つのセルの略境界上に全反射減衰を受けた光線成分が入射するように検出器の位置を調整した上で測定を行い、２つのセルからの信号の差分信号をそれらの加算信号で除算することによって較正し、差分信号に含まれる入射光の強度変動の影響を除去することとした表面プラズモンセンサーが記載されている。非特許文献２には、さらに、２×２個の受光素子が配された４セル型検出器を用い、４つのセルを２つずつに分ける境界線上に全反射減衰を受けた光線成分が入射するように検出器の位置を調整した上で測定を行い、４つのセルからの信号Ａ、Ｂ、ＣおよびＤから信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）／（Ｃ＋Ｄ）を導出して、信号に含まれる入射光の強度変動の影響を除去することとした表面プラズモンセンサーも記載されている。
【００１５】
また、非特許文献３には、反射光の検出に用いる検出器の他に光量モニタ用の検出器を別途設け、界面に入射する前の入射光をビームスプリッタにより分岐して、その分岐成分の強度を光量モニタ用の検出器で監視することとした表面プラズモンセンサーが記載されている。
【特許文献１】特開平６−１６７４４３号公報
【非特許文献１】「分光研究」第４７巻 第１号（１９９８）
【非特許文献２】Zhang他、「High-performance differential surface plasmon resonance sensor using quadrant cell photodetector」、Review of Scientific Instruments第７４巻第１号、第１５０−１５３頁、２００３年１月
【非特許文献３】Zhou他、「Estimation of organic molecular film structures using surface-plasmon resonance Spectroscopy」、Thin Solid Films 第３９３号、第１１４−１１８頁、２００１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、２セル型検出器や４セル型検出器を、試料による減衰や変調が生じる反射角度に応じて予め位置調整して用いる、上記の非特許文献２に記載されたような装置では、予めの検出器の位置調整が煩雑かつ困難であり、測定処理の負荷が高くなってしまうという問題がある。また、試料による減衰や変調が生じる部分の信号自体から導出した加算信号等を較正に用いているので、入射光の強度変動の影響のみを精確に除去できないという問題もある。
【００１７】
また、光量モニタ用の検出器を別途設ける非特許文献３に記載されたような装置では、入射光のビームを分岐して別途の光量モニタ用の検出器で監視しているため、装置のコストおよび複雑さが増してしまうという問題がある。また、入射光の一部が光量モニタのためだけに分岐されるため、試料の分析のために界面に入射させられる光量が損なわれてしまうという問題もある。
【００１８】
本発明は、上記事情に鑑み、低コストかつ単純な装置構成および負荷の低い測定処理により、試料が接触させられる薄膜層と誘電体部材との界面に種々の入射角度で入射する光線成分について、入射光の強度変動の影響を除去した反射光の強度変化を表す信号を取得できる試料分析用測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
すなわち、本発明に係る第１の試料分析用測定装置は、表面に薄膜層が施されその薄膜層の上に試料が接触させられる誘電体部材に対し、それら薄膜層と誘電体部材との界面に、種々の入射角度を有する光線成分からなる光線束を発生させ入射させる光入射系と、上記の界面において互いに異なる反射角度で反射した光線成分を個別に受光するように互いに隣接して配された複数の受光素子であって、それぞれ受光した光の強度を表す信号を出力する複数の受光素子を含む検出器と、上記の複数の受光素子の一部をなす光量モニタ用受光素子が受光した光の強度を表す光量モニタ信号により、上記の複数の受光素子のうち光量モニタ用受光素子以外の少なくとも一部をなす測定用受光素子の各々について、その測定用受光素子が受光した光の強度を表す信号を較正した較正信号を導出し出力する較正手段を備えていることを特徴とするものである。
【００２０】
ここで、上記の「光量モニタ用受光素子」は、１つであってもよいし、複数であってもよい。光量モニタ用受光素子が複数であるときには、上記の「光量モニタ信号」としては、すべての光量モニタ用受光素子からの信号を加算した積分信号等を用いることができる。
【００２１】
また、上記の検出器としては、所望の範囲の反射角度で反射した光線成分を受光するのに十分な大きさの、多セル型のラインセンサーや２次元アレイセンサーを単独で用いてもよいし、より小さな１セル型または多セル型の検出器を複数並べて、実質的に、互いに異なる反射角度で反射した光線成分を個別に受光するように互いに隣接して配された複数の受光素子を含む検出器として作用するように用いてもよい。
【００２２】
さらに、上記の本発明に係る第１の試料分析用測定装置は、上記の光線束をなす光線成分のうち、上記の測定用受光素子の各々が受光する光線成分の入射角度に対する、上記の較正信号の値の分布から、全反射減衰を受けた光線成分の入射角度を特定する全反射減衰角特定手段をさらに備えているものであってもよい。
【００２３】
本発明に係る第２の試料分析用測定装置は、表面に薄膜層が施されその薄膜層の上に試料が接触させられる誘電体部材に対し、それら薄膜層と誘電体部材との界面に、種々の入射角度を有する光線成分からなる光線束を発生させ入射させる光入射系と、上記の界面において互いに異なる反射角度で反射した光線成分を個別に受光するように互いに隣接して配された複数の受光素子であって、それぞれ受光した光の強度を表す信号を出力する複数の受光素子を含む検出器と、上記の複数の受光素子の一部をなす光量モニタ用受光素子が受光した光の強度を表す光量モニタ信号により、上記の複数の受光素子のうち光量モニタ用受光素子以外の少なくとも一部をなす測定用受光素子の各々の隣接する組について、その隣接する組の測定用受光素子が受光した光の強度の差分を表す信号を較正した較正信号を導出し出力する較正手段を備えていることを特徴とするものである。
【００２４】
ここで、上記の本発明に係る第２の試料分析用測定装置は、上記の光線束をなす光線成分のうち、上記の測定用受光素子の各々が受光する光線成分の入射角度に対する、上記の較正信号の値の分布から、全反射減衰を受けた光線成分の入射角度を特定する全反射減衰角特定手段をさらに備えているものであってもよい。その場合において、上記の全反射減衰角特定手段は、入射角度の変化に対して信号値ゼロを挟んで変化する連続した２つの較正信号の値、およびそれら２つの較正信号の値に対する入射角度から、上記の全反射減衰を受けた光線成分の入射角度を特定するものであってもよい。
【００２５】
また、上記の本発明に係る第１および第２の試料分析用測定装置は、上記の光量モニタ用受光素子として使用する受光素子を、上記の複数の受光素子のうちの他の受光素子に変更する手段をさらに備えているものであってもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の試料分析用測定装置は、もともと反射光の検出に不可欠な位置に配された検出器の一部の受光素子を光量モニタ用受光素子として使用し、測定用受光素子からの信号またはそれらの差分信号を、上記の光量モニタ用受光素子からの光量モニタ信号によって較正するものであるので、光量モニタ用の分岐光路の設置や測定ごとの検出器の位置調整等を必要とせず、低コストかつ単純な装置構成および負荷の低い測定処理により、入射光の強度変動の影響を除去した反射光の強度変化を表す信号を取得することができる。
【００２７】
また、本発明の試料分析用測定装置の、光量モニタ用受光素子として使用する受光素子を他の受光素子に変更する手段を備えた態様によれば、分析対象の試料に応じて、減衰や変調が生じる反射角度に対応する受光素子を避けて光量モニタ用受光素子を選択することが可能であるので、測定用受光素子からの信号またはそれらの差分信号から、入射光の強度変動の影響のみをより精確に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面により、本発明の例示的な実施形態を詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の試料分析用測定装置の１つの実施形態に係る表面プラズモンセンサー１０の構成を示す側面図である。
【００３０】
この表面プラズモンセンサー１０は、取外しおよび交換が可能な誘電体部材１２を含んでいる。この誘電体部材１２は、図示のとおり、概略四角錐の一部を切り取り、上部をカップ状とした形状を有しており、透明樹脂等から形成されている。誘電体部材１２の下方部分１２ａは、プリズムの役割を果たす。上方のカップ状の部分の底面には、たとえば金、銀、銅、アルミニウム等からなる金属膜１４が施され、その上に液体試料１６が接触させられる。液体試料１６の種類および測定の目的に応じて、金属膜１４の上側表面にセンシング物質（たとえば抗体）を固定しておいてもよい。
【００３１】
光入射系１８は、上記の誘電体部材１２と金属膜１４との界面、すなわち誘電体部材１２上方のカップ状の部分の底面に向けて、種々の入射角度の光線成分からなる光線束を発生させ入射させるものである。本実施形態では、光入射系１８は、レーザー光源２０、偏波面保存ファイバー２２、コリメータレンズ２４、偏光板２６、発散レンズ２８、収束レンズ３０および３２からなり、レーザー光源２０により発生させた光線を、一旦拡大した後、上記の界面に向けて収束させつつ入射させる。このような構成により、上記の界面に入射する光線束は、種々の入射角度θを有する多数の光線成分を含むことになる。この入射角度θは、全反射角以上の角度となるようにする。なお、図１の例では、誘電体部材１２と金属膜１４との界面で合焦するように光線を収束させているが、デフォーカス状態で入射させることとしてもよい。そのようにすれば、表面プラズモン共鳴の状態検出の誤差が平均化されて、測定精度が高められる。
【００３２】
偏光版２６は、レーザー光源２０により発生させられた光線から、表面プラズモン共鳴を引き起こす偏光、すなわちｐ偏光のみを抽出するためのものである。
【００３３】
光入射系１８により発生させられた上記の光線束は、誘電体部材１２と金属膜１４との界面で反射された後、コリメータレンズ３４を経て、検出器３６によって受光される。検出器３６は、複数の受光素子を含む多セル型の検出器であって、本実施形態では、上記の界面で反射された光線束の中心光線の入射平面（すなわち図１の紙面）と平行、かつコリメータレンズ３４を通過した光線束の伝搬方向と略直交するような方向に、複数のフォトダイオードが一列に配されてなるラインセンサーを用いることとする。検出器３６上のフォトダイオードは、全反射減衰の影響を受けない光線成分を受光する一端側の一部のフォトダイオードが、光量モニタ用フォトダイオード３８として使用され、残りの各フォトダイオードが、測定用フォトダイオード４０として使用される。各光量モニタ用フォトダイオード３８および測定用フォトダイオード４０は、それぞれ個別に、受光した光線成分の強度を表す信号を出力するものであり、出力された各信号は、それぞれ信号処理部４２へと送られる。
【００３４】
図２は、信号処理部４２の構成の第１の例を示すブロック図である。この第１の例に係る信号処理部４２は、図示のとおり、差動アンプ４４（１）、４４（２）、４４（３）・・・からなる差動アンプアレイ４４、一連のサンプルホールド回路４６（１）、４６（２）、４６（３）・・・、マルチプレクサ４８、積分回路５０、サンプルホールド回路５２、除算回路５４、Ａ／Ｄ変換器５６、ＣＰＵ（中央演算装置）５８、駆動回路６０およびコントローラ６２を含む。
【００３５】
以下、信号処理部４２の構成として上記の図２の構成を採用した表面プラズモンセンサー１０を用いて、液体試料１６の全反射減衰角θＳＰを測定する処理について、詳細に説明する。
【００３６】
液体試料１６を誘電体部材１２のカップ状部分に滴下し金属膜１４に接触させた状態で、レーザー光源２０を駆動すると、検出器３６上の光強度分布は、図１に模式的に示すように、液体試料１６の屈折率に応じて特定入射角に対応する部分に全反射減衰が生じたものとなる。この光強度分布のうち、全反射減衰による暗線部分を含む各部の強度を検出できるような領域に配された測定用フォトダイオード４０（１）、４０（２）、４０（３）・・・は、それぞれ、受光した光線成分の強度を表す信号Ｉ（１）、Ｉ（２）、Ｉ（３）・・・を、信号処理部４２中の差動アンプアレイ４４に送る。差動アンプアレイ中の各差動アンプ４４（ｉ）は、隣接する測定用フォトダイオード４０（ｉ）および４０（ｉ＋１）から信号Ｉ（ｉ）およびＩ（ｉ＋１）を受信し、差分信号Ｉ（ｉ＋１）−Ｉ（ｉ）をサンプルホールド回路４６（ｉ）へと出力する。所定のサンプルホールド時間中に各サンプルホールド回路４６（ｉ）に蓄積された差分信号Ｉ（ｉ＋１）−Ｉ（ｉ）は、マルチプレクサ４８によって所定の順番で読み出され、除算回路５４に入力される。
【００３７】
一方、全反射減衰の影響を受けない光線成分を受光する領域に配された光量モニタ用フォトダイオード３８ａ、３８ｂおよび３８ｃからの信号は、信号処理部４２中の積分回路５０によって加算され、光量モニタ信号ＩＲｅｆとされる。この光量モニタ信号ＩＲｅｆは、サンプルホールド回路５２に所定のサンプルホールド時間中蓄積された後、除算回路５４に入力される。
【００３８】
除算回路５４は、上記のマルチプレクサ４８およびサンプルホールド回路５２からの入力を受け付けて、較正信号として差分除算信号｛Ｉ（ｉ＋１）−Ｉ（ｉ）｝／ＩＲｅｆを導出し、Ａ／Ｄ変換器５６へと出力する。Ａ／Ｄ変換器５６は、順次入力される差分除算信号｛Ｉ（ｉ＋１）−Ｉ（ｉ）｝／ＩＲｅｆをデジタル信号化して、ＣＰＵ５８に送る。
【００３９】
なお、上記のサンプルホールド回路４６（１）、４６（２）、４６（３）・・・およびマルチプレクサ４８は、駆動回路６０により駆動されている。この駆動回路６０と除算回路５４との動作は、ＣＰＵ５８からの命令を受けたコントローラ６２により制御されている。
【００４０】
ＣＰＵ５８は、受信した一連の差分除算信号｛Ｉ（ｉ＋１）−Ｉ（ｉ）｝／ＩＲｅｆから、全反射減衰角θＳＰを特定する。以下、その全反射減衰角θＳＰの特定手法の例を、図３を用いて説明する。
【００４１】
ここでは、一例として、検出器３６上のフォトダイオードの配列方向をｘ方向として、各測定用フォトダイオード４０（ｉ）からの出力信号Ｉ（ｉ）が、図３の（ａ）に点で示すような大きさであったとする。このとき、ＣＰＵ５８が受信する一連の差分除算信号｛Ｉ（ｉ＋１）−Ｉ（ｉ）｝／ＩＲｅｆの大きさは、図３の（ｃ）に点で示すようになる。配列方向位置ｘは、各光線成分の界面への入射角度θと、一義的に対応付けられるものである。
【００４２】
ＣＰＵ５８は、これらの差分除算信号｛Ｉ（ｉ＋１）−Ｉ（ｉ）｝／ＩＲｅｆの中から、全反射減衰角θＳＰに対応する信号値ゼロとなる位置ｘＳＰを挟んだ、連続する正負の信号値Ｉ＋およびＩ−を選択し、それらの正負の信号値Ｉ＋およびＩ−に対応する図３の（ｃ）のグラフ上の２点を結んだ直線が、ｘ軸と交わる位置をｘＳＰとして特定し、全反射減衰角θＳＰを算出する。なお、場合によっては差分除算信号値ゼロを出力している差動アンプが存在することもあり、そのときは、その差分除算信号値ゼロに対応する位置をｘＳＰとし、全反射減衰角θＳＰを算出する。算出された全反射減衰角θＳＰの値は、表面プラズモンセンサー１０による測定結果として、ＣＰＵ５８から出力される。所定時間が経過するごとに同様の動作を繰り返して全反射減衰角θＳＰを算出し、測定開始時からの全反射減衰角θＳＰの変化量を求めて、表示手段（図示せず）に表示するようにしてもよい。そのようにして全反射減衰角θＳＰの変化量を時間の経過とともに測定し続けることにより、金属膜１４に接している液体試料１６の屈折率変化等を調べることができる。
【００４３】
なお、上記の例では、差分除算信号値ゼロを挟んだ２つの信号値Ｉ＋およびＩ−に対応する位置のみに基づいて全反射減衰角θＳＰを算出したが、図３の（ｃ）に破線で示すように、差分除算信号値の全体の分布を近似する曲線を表す関数を、最小二乗法等により導出し、その曲線がｘ軸を横切る位置をｘＳＰとして、全反射減衰角θＳＰを算出することとしてもよい。
【００４４】
また、図２に示した信号処理部４２の構成の第１の例では、上記のとおり、差動アンプアレイ４４を設けて、差分除算信号に基づいて全反射減衰角θＳＰを算出することとしたが、第２の例として、図４に示すような、差動アンプアレイ４４を設けない信号処理部４２の構成を採用してもよい。この構成では、図３の（ａ）に示すような各測定用フォトダイオード４０（ｉ）からの出力信号Ｉ（ｉ）を、積分回路５２から供給される光量モニタ信号ＩＲｅｆにより除算した一連の除算信号Ｉ（ｉ）／ＩＲｅｆが、較正信号としてＣＰＵ５８に入力される。これに対し、ＣＰＵ５８は、たとえば、これら除算信号Ｉ（ｉ）／ＩＲｅｆの全体の分布を近似するローレンツ曲線を最小二乗法等により導出することによって、全反射減衰角θＳＰを算出する。
【００４５】
上記の実施形態に係る表面プラズモンセンサー１０によれば、もともと反射光の検出に不可欠な位置に配された検出器３６上の一部のフォトダイオードを光量モニタ用フォトダイオード３８として使用し、測定用フォトダイオード４０からの信号またはそれらの差分信号を、光量モニタ用フォトダイオード３８からの光量モニタ信号ＩＲｅｆによって除算することにより較正するので、光量モニタ用の分岐光路の設置や測定ごとの検出器の位置調整等を必要とせず、低コストかつ単純な装置構成および負荷の低い測定処理により、入射光の強度変動による誤差を排除した全反射減衰角θＳＰの測定を行うことができる。
【００４６】
さらに、上記の第１の例および第２の例のいずれの構成の信号処理部４２においても、検出器３６上の各フォトダイオードからの信号入力を受け付ける入力端と、その後段の回路構成との間に、操作者による入力またはＣＰＵ５８からの命令により制御可能な配線切替回路を設け、光量モニタ用フォトダイオード３８として使用するフォトダイオードを変更できるようにしてもよい。かかる態様によれば、分析対象の試料に応じて、全反射減衰が生じる個所に対応するフォトダイオードを避けて光量モニタ用フォトダイオード３８を選択することが可能であるので、測定用フォトダイオード４０からの信号またはそれらの差分信号から、入射光の強度変動の影響のみをより精確に除去することができる。
【００４７】
以上、本発明の１つの実施形態に係る表面プラズモンセンサーについて詳細に説明したが、この表面プラズモンセンサーの使用態様は、上記のように全反射減衰角θＳＰの絶対値を求める態様に限られない。たとえば、センシング物質に被検体が含まれた液体試料を金属膜上に滴下し、その後の全反射減衰角θＳＰの角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて結合状態を測定する態様や、単に、ある時点での一連の差分除算信号｛Ｉ（ｉ＋１）−Ｉ（ｉ）｝／ＩＲｅｆまたは除算信号Ｉ（ｉ）／ＩＲｅｆの信号値を出力し、入射角度に対するその信号値の分布をグラフ化して示す態様等も、本発明の範囲に含まれるものである。また、上記の実施形態では、検出器３６として１次元のラインセンサーを単独で用いたが、これに代えて複数の受光素子が２次元的に配された２次元アレイセンサーやＣＣＤを用いてもよいし、１セル型または多セル型の検出器を複数並べて用いてもよい。さらに、本発明の装置は表面プラズモンセンサーに限られるものでもなく、漏洩モードセンサー等であってもよい。
【００４８】
その他、上記の実施形態は例示に過ぎず、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲のみによって定められるべきものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の試料分析用測定装置の１つの実施形態に係る表面プラズモンセンサーの構成を示す側面図
【図２】図１中の信号処理部の構成の第１の例を示すブロック図
【図３】図２に示した構成の信号処理部により行われる信号処理の説明図
【図４】図１中の信号処理部の構成の第２の例を示すブロック図
【符号の説明】
【００５０】
１０    表面プラズモンセンサー
１２    誘電体部材
１４    金属膜
１６    液体試料
１８    光入射系
２０    レーザー光源
３６    検出器
３８    光量モニタ用フォトダイオード
４０    測定用フォトダイオード
４２    信号処理部
４４    差動アンプアレイ
４６、５２    サンプルホールド回路
【図１】
2006047001.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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